Kararsız ve Dalgalı Gerilmeler Altında Yorulma

... konulu sunumlar: "Kararsız ve Dalgalı Gerilmeler Altında Yorulma"— Sunum transkripti:

1 Kararsız ve Dalgalı Gerilmeler Altında Yorulma
Dalgalı veya periyodik gerilme altındaki sistemde Hasar meydana gelir. Yorulmaların 90%’ı metalik yapılarda oluşur.(Köprü, uçaklar,makine parçaları, vs.) Yorulma tane boyutlarında başlar ve belirli tabakalara yayılır. Kayma bantları (extrüzyon ve intrüzyon) sayısı kritik bir seviyeye ulaştığında malzeme doyma sınırına gelmiştir. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

2 Kararsız ve Dalgalı Gerilmeler Altında Yorulma
Tekrarlanan yüklere maruz kalan bir malzemede üç kritere uygun hasar yorulma hasarıdır: Progressive (İlerleyici) Devam edici : Bellirli bir zaman ve kullanım boyunca olan hasar Localize (Yerel): Tüm cismin belirli hacminde hasar meydana gelir. Süreksizlik, kusur vb. gibi hataların olduğu bölgelerde gerilme ve şekil değiştirmelerin büyük olduğu gözlenir. 3) Permanent (Kalıcı): Plastik deformasyon olan bölgelerde meydana gelir. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

3 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
YORULMA Yorulma : Çatlak Başlangıcı ve İlerlemesi Çatlak Başlangıcı: Gerilme konsantrasyon bölgeleri ve yüzey kalitesi çatlak başlangıcını tetikler (microçatlaklar, çizikler, çentikler, iç köşeler, dislokasyon kayma bantları, vs.). DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

4 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
YORULMA Yorulma : Çatlak Başlangıcı ve İlerlemesi Çatlak İlerlemesi I: Yavaş ilerleme, yüksek kararlı kayma gerilmeleri ile kristal plakalar boyunca meydana gelen çatlak ilerlemesi . Azıcık granül içerir. Düz Kırılma Yüzeyi II: Uygulanan gerilmeye dik yöndeki Hızlı İlerleme, çatlak ucunda yapılan kütleştirme ve bileme işlemleri neticesinde oluşur. Pürüzlü kırılma yüzeyi. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

5 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
YORULMA Yorulma : Çatlak Başlangıcı ve İlerlemesi Yorulmanın Mikroskobik Karakteristikleri Transgranüler; çatlak büyümesi (taneler arası) Strations (kayma bantları): Herbir çevrime karşılık gelen mikroplastik deformasyon Yorulmanın Makroskobik Karakteristikleri Makroskobik deformasyon (gözle görülebilir) Growth-bands: büyüme bantları, istiridye kabuğu, kumsal izleri vb. Çatlağın büyüme hızı uygulanan yüke bağlıdır. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

6 Yorulma: Periyodik Gerilmeler
Yorulma, Minimum, maksimum ve ortalama gerilme, gerilme genliği ve gerilme oranı ile karakterize edilir. Mean stress m = (max + min) / 2 Range of stress r = (max - min) Stress amplitude a = r/2 = (max - min) / 2 Stress ratio R = min / max DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

7 Yorulma: Periyodik Gerilmeler
Mean stress m = (max + min) / 2 Range of stress r = (max - min) Stress amplitude a = r/2 = (max - min) / 2 Stress ratio R = min / max DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

8 Yorulma: S—N Eğrileri (I)
Dönme-Eğilme testi  S-N Diagramı S (stress:gerilme) ve N (çevrim sayısı) Düşük çevrimli yorulma: küçük çevrim sayısı yüksek yük, elastik ve plastik deformasyon Yüksek çevrimli yorulma: geniş çevrim sayısı düşük yük, elastik deformasyon(N > 105) DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

9 Yorulma: S—N Eğrileri (II)
Dayanım Sınırı (bazı demir Fe ve Ti-alaşımlar) S—N eğrileri büyük N(çevrim sayısı) değerinde yatay duruma geçer DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

10 Yorulma: S—N Eğrileri (II)
Gerilme genliği altında malzeme hasara uğramaz, ayrıca çevrim sayısının ne kadar geniş olduğu farketmez. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

11 Yorulma: S—N Eğrileri (III)
DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

12 Yorulma: S—N Eğrileri (III)
Alaşımların birçoğunda S(gerilme) artan N (çevrim sayısı) ile azalır. Yorulma Mukavemeti: verilen çevrim sayısında (örn. 107) meydana gelen kırılma anındaki Gerilme değeri Yorulma Ömrü: verilen gerilme değerindeki hasara neden olan çevrim sayısı DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

13 Yorulma: çatlak başlangıcı+ ilerlemesi (I)
Üç safha: Gerilme konsantrasyonu alanında çatlak başlangıcı Çatlak ilerlemesi (incremental) Çatlağın kritik boyuta ulaşmasından sonraki hızlı çatlak ilerlemesi DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

14 Yorulma: çatlak başlangıcı+ ilerlemesi (I)
Yorulmada toplam çevrim sayısı 1 ve 2 nin toplamına eşittir. Nf = Ni + Np Nf : Toplam çevrim sayısı Ni : çatlak başlangıcı için gerekli olan çevrim sayısı Np : çatlak ilerlemesi için gerekli olan çevrim sayısı Yüksek çevrimli yorulma (düşük yüklerde): Ni nispeten yüksektir. Artan gerilme değeri ile, Ni azalır ve Np baskın hale geçer. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

15 Yorulma ömrüne etkisi olan faktörler
Gerilmenin şiddeti Yüzey kalitesi Çözümler: Yüzeyi parlatmak Yüzeyde bası gerilmeleri meydana getirmek (uygulanan çeki gerilmelerini telafi eder). Atış tekniği ile yüzey işleme – yüzeye küçük atışlar yapmak High-tech - ion implantasyon, laser ile yüzey işleme. Pekleşme: Çelik - C- ve N- atomik dağılma ile dış katmanın kuvvetlendirilmesi Dış yüzeyin şertleşmesi bası gerilmeleri meydana getirir. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

16 Yorulma ömrüne etkisi olan faktörler
Çevresel Etkiler Isıl Yorulma. Isıl çevrim genleşme ve daralmaya sepep olur, dolayısıyla ısıl gerilmeler oluşur. Çözümler: Tasarımı değiştirmek! Düşük genleşme katsayısı olan malzemeler kullanmak Korozyon Yorulması. Kimyasal reaksiyonlar pudra şeklinde atıklar oluşturur bunlarda gerilmeleri etkiler. Korozyon aynı zamanda çatlak ilerlemesini tetikler DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

17 Yorulma ömrüne etkisi olan faktörler
Çevresel Etkiler Çözümler: Ortamı korozyon etkisinden korumak Koruyucu yüzey kaplaması geliştirmek Atık bası gerilmeleri DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

18 Yorulma: Periyodik Gerilmeler
Yorulmada iki tip yaklaşım vardır: 1- Gerilme-ömür yaklaşımı 2- Şekil değiştirme-ömür yaklaşımı Sünme Yüksek sıcaklıkta sabit yük nedeniyle oluşan zamana bağlı deformasyon (> 0.4 Tm) Örnek: türbin bıcakları, buhar jenaratörleri. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

19 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
Sünmenin Safhaları DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

20 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
Sünmenin Safhaları Anlık Deformasyon, tamamıyla elastik. Birincil/geçiş sünme. Şekil değiştirme eğiminin zamana bağlı olarak azalması: work-hardening (pekleşme) İkincil/kararlı durum sünme. Şekil değiştirme hızının sabit olduğu süreç: work-hardening and recovery. Üçüncül. Şekil değiştirmenin hasara doğru hızlıca ivmelenmesi kısmı: iç çatlakların, boşlukların oluşması, boyun verme, iç bağların ayrışması gibi süreçler DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

21 Sünme Davranışının Parametreleri
İkinci/Kararlı durum sünme: En uzun süre Uzun ömür uygulamaları Kopma ( kırılma ) zamanı, tr): Kısa ömürlü sünmedeki önemli süreç /t tr DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

22 Sünme: gerilme ve sıcaklık etkisi
Artan gerilme ve sıcaklık ile: Anlık şekil değiştirme artar Kararlı durum sünme hızı artar Kopma zamanı azalır DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

23 Sünme: gerilme ve sıcaklık etkisi
Kararlı durum sünme hızının gerilme/sıcaklıkla ilişkisi: Qc = sünme için harekete geçme enerjisi K2 ve n malzeme sabitleridir. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar

24 DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar
Yüksek- dereceler için Alaşımlar (jet motorlarındaki türbin, hipersonik uçaklar, nükleer reaktörler) Malzemedeki Sünme : Yüksek eritme sıcaklığı Yüksek Elastik modülü Büyük tane boyutu (taneler arası kaymayı engeller) Paslanmaz çelik malzemesi kullanıldığı zaman Sıcaklığa dayanıklı metaller (yüksek ergime noktasına sahip elementler içeren, ör:Nb, Mo, W, Ta) “Süperalaşımlar” (Co, Ni tabanlı ) ile minimize edilebilir. DEÜ, Makina Mühendisliği Bölümü, Doç.Dr.M.Evren Toygar